Se devi realizzare un impianto elettrico esterno devi calcolare il carico elettrico dell’impianto
Il calcolo del carico elettrico di un impianto a bassa tensione è un passaggio fondamentale per garantire che il sistema sia sicuro, affidabile ed efficiente. Questo processo permette di dimensionare correttamente i cavi, i dispositivi di protezione (interruttori, fusibili) e gli eventuali trasformatori, evitando sovraccarichi e malfunzionamenti. Di seguito, viene illustrato un metodo dettagliato per calcolare il carico elettrico di un impianto, con esempi e considerazioni pratiche.
- Identificazione dei dispositivi e delle loro potenze
- Calcolo del carico totale in watt
- Considerazione del fattore di potenza
- Determinazione della corrente totale
- Dimensionamento dei cavi
- Calcolo della caduta di tensione
- Dimensionamento dei dispositivi di protezione
- Verifica finale e margine di sicurezza
- Esempio pratico sintetico
1. Identificazione dei dispositivi e delle loro potenze
Il primo passo consiste nel determinare tutti i dispositivi elettrici che saranno collegati all’impianto. Per ciascun dispositivo, è necessario conoscere la potenza nominale, espressa in watt (W) o in VA (volt-ampere). Questa informazione è solitamente riportata sull’etichetta del prodotto o nella scheda tecnica.
Ad esempio, in un impianto di illuminazione a bassa tensione potrebbero esserci:
- 5 lampade LED da 10 W ciascuna.
- 2 faretti alogeni da 50 W ciascuno.
- 1 pompa per una fontana da 100 W.
2. Calcolo del carico totale in watt
Per calcolare il carico totale in watt, è sufficiente sommare le potenze di tutti i dispositivi. Utilizzando l’esempio sopra:
- Potenza totale delle lampade LED = 5 × 10 W = 50 W.
- Potenza totale dei faretti alogeni = 2 × 50 W = 100 W.
- Potenza della pompa = 100 W.
Carico totale = 50 W + 100 W + 100 W = 250 W.
3. Considerazione del fattore di potenza
Il fattore di potenza (cosφ) rappresenta l’efficienza con cui un carico utilizza l’energia elettrica. Per carichi puramente resistivi, come lampade a incandescenza o LED di alta qualità, il fattore di potenza è vicino a 1. Tuttavia, per carichi induttivi (ad esempio motori, trasformatori o pompe), il fattore di potenza può essere inferiore, tipicamente tra 0,7 e 0,9.
Se il fattore di potenza dei dispositivi non è specificato, è prudente assumere un valore medio, ad esempio cosφ = 0,8 per carichi induttivi.
Per convertire la potenza apparente in VA (volt-ampere), si utilizza la formula:
Potenza apparente (VA) = Potenza attiva (W) ÷ cosφ
Supponendo che l’impianto contenga solo carichi con cosφ = 0,8:
- Potenza apparente = 250 W ÷ 0,8 = 312,5 VA.
4. Determinazione della corrente totale
La corrente totale assorbita dall’impianto può essere calcolata conoscendo il carico elettrico totale e la tensione di alimentazione. La formula è:
I = P ÷ V
Dove:
- I = corrente in ampere (A).
- P = potenza totale in watt (W).
- V = tensione di alimentazione in volt (V).
Per un impianto a bassa tensione con una tensione di alimentazione di 12 V:
I = 250 W ÷ 12 V = 20,83 A.
Se si utilizza la potenza apparente (VA), la formula diventa:
I = VA ÷ V
In questo caso:
I = 312,5 VA ÷ 12 V = 26,04 A.
5. Dimensionamento dei cavi
Una volta calcolata la corrente totale, è necessario dimensionare i cavi in base a:
- Corrente nominale (A): I cavi devono essere in grado di sopportare la corrente totale senza surriscaldarsi.
- Lunghezza dei cavi (m): Più il cavo è lungo, maggiore sarà la caduta di tensione, che deve rimanere entro limiti accettabili (generalmente non superiore al 3% della tensione totale).
- Sezione dei cavi (mm²): La sezione minima può essere determinata consultando tabelle di portata dei cavi in funzione della corrente e della lunghezza.
Ad esempio, per una corrente di circa 26 A, un cavo in rame di sezione 4 mm² potrebbe essere sufficiente per una lunghezza fino a 15 metri. Se la lunghezza è maggiore, potrebbe essere necessario aumentare la sezione a 6 mm² o più.
6. Calcolo della caduta di tensione
La caduta di tensione può essere calcolata con la formula:
ΔV = (2 × ρ × I × L) ÷ A
Dove:
- ΔV = caduta di tensione in volt.
- ρ = resistività del materiale del cavo (rame ≈ 0,0178 Ω·mm²/m).
- I = corrente in ampere (A).
- L = lunghezza del cavo in metri (andata e ritorno).
- A = sezione del cavo in mm².
Ad esempio, per un cavo in rame con:
- Corrente = 26 A.
- Lunghezza = 10 metri (20 metri andata e ritorno).
- Sezione = 4 mm².
ΔV = (2 × 0,0178 × 26 × 20) ÷ 4 = 4,63 V.
La caduta di tensione è elevata rispetto ai 12 V nominali (superiore al 3%). Quindi, è necessario aumentare la sezione del cavo per ridurre ΔV.
7. Dimensionamento dei dispositivi di protezione
Gli interruttori automatici o i fusibili devono essere dimensionati per proteggere l’impianto da sovraccarichi e cortocircuiti. La corrente nominale del dispositivo di protezione deve essere almeno il 125% della corrente totale calcolata.
Nel nostro esempio:
- Corrente totale = 26 A.
- Corrente nominale minima del dispositivo di protezione = 26 × 1,25 ≈ 32,5 A.
Si potrebbe scegliere un interruttore automatico da 32 A.
8. Verifica finale e margine di sicurezza
Dopo aver calcolato il carico elettrico, verificare che:
- La corrente totale non superi le capacità dei cavi e dei dispositivi di protezione.
- La caduta di tensione sia accettabile.
- Siano stati inclusi margini di sicurezza per eventuali futuri ampliamenti dell’impianto.
Esempio pratico sintetico
Un impianto a bassa tensione alimenta:
- 10 lampade LED da 8 W (totale: 80 W).
- 1 pompa da 120 W.
Tensione = 12 V, cosφ = 0,9.
- Carico totale: 80 + 120 = 200 W.
- Potenza apparente: 200 ÷ 0,9 = 222,2 VA.
- Corrente totale: 222,2 ÷ 12 = 18,5 A.
- Cavi: Sezione minima 2,5 mm², ma aumentare a 4 mm² se la lunghezza supera i 10 metri.
- Dispositivo di protezione: Interruttore da 25 A.
Seguendo questi calcoli, è possibile progettare un impianto sicuro ed efficiente per l’illuminazione o altri carichi a bassa tensione.
